Описание установки

При включении установки производится измерение ВАХ по обычной схеме: миллиамперметр, включённый последовательно с диодом, измеряет ток диода, а вольтметр, подключённый парал-лельно к диоду, измеряет напряжение на нём. Кружки с буквами P1 и P2 означают на электрических схемах любой электроизме-рительный прибор. Напряжение на ТД, обозначенном на схеме бук-вами , подаётся от источника питания . Это напряжение регулируется с помощью потенциометра R.

Порядок выполнения работы

1. Измерения

4.1.1. Подключить миллиамперметр c диапазоном измеряемого тока к плате с электрической схемой, изображённой на рис.6. Плавно изменяя напряжение на диоде от до и от до с помощью резистора R, снять ВАХ ТД. Результаты из-мерения занести в таблицу 1. В каждом направлении измеряют ток и напряжение не менее чем в десяти точках.

Таблица 1

Результаты измерений

	1	2	3	............	25

2. Теоретическая оценка параметров тд

1. Оценить энергию Ферми в материале германиевого туннель-ного диода из следующих представлений. Плотность энергети-ческих состояний для электронов вблизи «дна» зоны проводимости с хорошим приближением описывается соответствующей функцией для свободных электронов и имеет вид:

(8)

где – эффективная масса электрона,

– энергия, соответствующая дну зоны проводимости,

– постоянная Планка.

Среднее число электронов, находящихся в одном квантовом энерге-тическом состоянии с энергией , определяется с помощью функции , называемой «функция распределения Ферми – Дирака». При абсолютном нуле температур эта функция имеет простой вид:

· (9)

В этом случае электроны в вырожденном полупроводнике заполнят все уровни энергии от «дна» зоны проводимости до уровня энергии со значениями , называемого уровнем Ферми. Все уровни энергии с большими значениями энергии свободны, не заняты элек-тронами. Значение энергии уровня Ферми определяется из условия:

(10)

где – концентрация электронов в данном вырожденном полупроводнике.

Подставляя в этот интеграл выражение (8) для и произведя интегрирование, получим:

откуда

(11)

При расчёте принять концентрацию электронов и дырок , а эффективную массу электрона принять равной массе свободного электрона. Взять значение в электрон – вольтах.

2. Вычислить энергию , соответствующую максимуму функ-ции распределения электронов по энергии в зоне проводимости.

Для этого надо найти максимум функции . При температуре, отличной от , функция распределения Ферми – Дирака имеет вид:

· (12)

Легко убедиться, что при функция (12) переходит в функцию (9).

Число электронов , имеющих энергию в интервале , равно:

.

Тогда в соответствии с определением имеем:

и с учётом формул (8) и (12) для функции распределения электронов по энергиям получаем окончательное выражение:

(13)

где – концентрация электронов в полупроводнике.

Учащимся предлагается самостоятельно исследовать это выраже-ние на максимум и найти . Приведём конечный результат:

(14)

3. Оценить значения и вольт–амперной характеристики германиевого ТД.

Расчёт вести по формулам:

(15)

4. Используя типичные параметры германиевого туннельного диода (ширина запрещённой зоны , толщина перехода , площадь перехода ) по формуле (4), оценить вероятность туннельного перехода электронов через барьер . Энергию электрона принять равной

, (16)

а высоту потенциального барьера

(17)

5. По формуле

(18)

оценить ток в максимуме ВАХ диода.